CN114779124B - 一种监测电力系统短路电流的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种监测电力系统短路电流的方法及系统。所述方法和系统对于待监测母线，通过施加人为扰动，或利用自然扰动源，当待监测母线产生功率扰动时，测量待监测母线在多个采样时间点的电压相量和下网合功率，并通过计算电压变量和功率变量确定待监测母线的短路电流。所述方法和系统不需要基于电力系统潮流、系统参数等全局信息进行短路电流计算，只需要采集待监测母线本地信息中的电压相量和下网合功率即可确定短路电流，所述方法简单，准确性高，大大提高了电力系统状态估计的实时性和准确性，为电力系统实时控制提供了更多数据支持，提升了电力系统安全水平。

Description

一种监测电力系统短路电流的方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统分析领域，并且更具体地，涉及一种监测电力系统短路电流的方法及系统。
背景技术
短路电流水平是电力系统调度与运行所需的重要指标，但短路电流的实时准确计算是一大难点。
当前的短路电流计算方式基于电力系统潮流、系统参数等全局信息开展计算。计算所需的信息很难实时获取，且计算的准确性受模型精确度影响很大。当系统发生故障或运行方式发生改变时，当前的计算方式不能及时辨识出系统的变化、不能及时修正短路电流的计算结果。因此，需要提出一种的短路电流实时计算与监测方法。
发明内容
为了解决现有技术中短路电流实时准确计算难的技术问题，本发明提供一种监测电力系统短路电流的方法系统。
根据本发明实施例的一方面，提供一种监测电力系统短路电流的方法，所述方法包括：
当待监测母线K产生功率扰动时，测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的电压相量V K，n 和下网合功率S K，n ,以及所述待监测母线K在第t n+1 个采样时间点的电压相量V K，n+1 和下网合功率S K，n+1 ，其中，1≤n≤N，n，N为自然数据，n=1时的采样时间点为所述待监测母线K产生功率扰动的时刻，N为采样时间点总数；
根据所述电压相量V K，n+1 和电压相量V K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的电压变化量△V K，n ，以及根据所述下网合功率S K，n+1 和下网合功率S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的功率变化量△S K，n ;
根据所述电压变化量△V K，n 和功率变化量△S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的短路电流I KSC，n 。
可选地，当待监测母线K产生功率扰动时，测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的电压相量V K，n 和下网合功率S K，n 之前还包括对于所述待监测母线K基于现场接线情况施加功率扰动，或者对于不适合施加功率扰动的所述待监测母线K，将所述待监测母线K的下网负荷的自动波动作为所述待监测母线K的功率扰动。
可选地，根据所述电压相量V K，n+1 和电压相量V K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的电压变化量△V K，n ，以及根据所述下网合功率S K，n+1 和下网合功率S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的功率变化量△S K，n ，其计算公式分别为：
△V K，n =V K，n+1 －V K，n
△S K，n =S K，n+1 －S K，n
式中，下网合功率S K，n 通过测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的全部下网功率，并对在第t n 个采样时间点的全部下网功率求和得到；下网合功率S K，n+1 通过测量所述待监测母线K在第t n+1 个采样时间点的全部下网功率，并对在第t n+1 个采样时间点的全部下网功率求和得到。
可选地，根据所述电压变化量△V K，n 和功率变化量△S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的短路电流I KSC，n ，其计算公式为：
I KSC，n =∣△S K，n ／（△V K，n +△V K，n ×△V* K，n）∣
式中，△V K，n 和△S K，n 为复数，△V* K，n为复数△V K，n 的共轭。
可选地，根据所述电压变化量△V K，n 和功率变化量△S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的短路电流I KSC，n 之后还包括根据计算的所述待监测母线K的N个步长的短路电流输出所述待监测母线K的短路电流曲线。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种监测电力系统短路电流的系统，所述系统包括：
数据采集单元，用于当待监测母线K产生功率扰动时，测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的电压相量V K，n 和下网合功率S K，n ,以及所述待监测母线K在第t n+1 个采样时间点的电压相量V K，n+1 和下网合功率S K，n+1 ，其中，1≤n≤N，n，N为自然数据，n=1时的采样时间点为所述待监测母线K产生功率扰动的时刻，N为采样时间点总数；
数据处理单元，用于根据所述电压相量V K，n+1 和电压相量V K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的电压变化量△V K，n ，以及根据所述下网合功率S K，n+1 和下网合功率S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的功率变化量△S K，n ;
结果计算单元，用于根据所述电压变化量△V K，n 和功率变化量△S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的短路电流I KSC，n 。
可选地，所述系统还包括功率扰动单元，用于对于所述待监测母线K基于现场接线情况施加功率扰动，或者对于不适合施加功率扰动的所述待监测母线K，将所述待监测母线K的下网负荷的自动波动作为所述待监测母线K的功率扰动。
可选地，数据处理单元根据所述电压相量V K，n+1 和电压相量V K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的电压变化量△V K，n ，以及根据所述下网合功率S K，n+1 和下网合功率S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的功率变化量△S K，n ，其计算公式分别为：
△V K，n =V K，n+1 －V K，n
△S K，n =S K，n+1 －S K，n
式中，下网合功率S K，n 通过测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的全部下网功率，并对在第t n 个采样时间点的全部下网功率求和得到；下网合功率S K，n+1 通过测量所述待监测母线K在第t n+1 个采样时间点的全部下网功率，并对在第t n+1 个采样时间点的全部下网功率求和得到。
可选地，结果计算单元根据所述电压变化量△V K，n 和功率变化量△S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的短路电流I KSC，n ，其计算公式为：
I KSC，n =∣△S K，n ／（△V K，n +△V K，n ×△V* K，n）∣
式中，△V K，n 和△S K，n 为复数，△V* K，n为复数△V K，n 的共轭。
可选地，所述系统还包括结果输出单元，用于根据计算的所述待监测母线K的N个步长的短路电流输出所述待监测母线K的短路电流曲线。
本发明技术方案提供的监测电力系统短路电流的方法及系统对于待监测母线，通过施加人为扰动，或利用自然扰动源，当所述待监测母线产生功率扰动时，测量所述待监测母线在多个采样时间点的电压相量和下网合功率，并通过计算电压变量和功率变量确定所述待监测母线的短路电流。所述方法和系统不需要基于电力系统潮流，系统参数等全局信息进行短路电流计算，只需要采集待监测母线本地信息中的电压相量和下网合功率即可确定短路电流，所述方法简单，准确性高，大大提高了电力系统高度与支行的效率和准确性。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的监测电力系统短路电流的方法的流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的对电力系统施加人工扰动后待监测母线的电压幅值变化示意图；
图3为根据本发明另一个优选实施方式的电力系统结构示意图；
图4为采用时域仿真模拟另一个优选方式的电力系统确定的短路电流曲线示意图；
图5为根据本发明优选实施方式的监测电力系统短路电流的系统的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
实施例一
图1为根据本发明优选实施方式的的监测电力系统短路电流的方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的监测电力系统短路电流的方法从步骤101开始。
在步骤101，当待监测母线K产生功率扰动时，测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的电压相量V K，n 和下网合功率S K，n ,以及所述待监测母线K在第t n+1 个采样时间点的电压相量V K，n+1 和下网合功率S K，n+1 ，其中，1≤n≤N，n，N为自然数据，n=1时的采样时间点为所述待监测母线K产生功率扰动的时刻，N为采样时间点总数。
优选地，当待监测母线K产生功率扰动时，测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的电压相量V K，n 和下网合功率S K，n 之前还包括对于所述待监测母线K基于现场接线情况施加功率扰动，或者对于不适合施加功率扰动的所述待监测母线K，将所述待监测母线K的下网负荷的自动波动作为所述待监测母线K的功率扰动。具体地，对于待监测母线，或者基于现场接线情况施加功率扰动，所述施加功率扰动的方式可以是投切低容低抗，改变SVC配置等。对于不适合人工施加功率扰动的待监测母线，则将待监测母线的下网负荷作为自然扰动源，从而将待监测母线的下网负荷的自然波动作为待监测母线的功率扰动。
基于上述人工构造的功率扰动，或待监测母线的下网负荷的自然波动，使用WAMS系统或其他量测系统测量待监测母线的电压相量和下网合功率。其中，测量待监测母线的电压相量和下网合功率的采样时间点应覆盖功率扰动产生的时刻。所述待监测母线的下网合功率通过测量待监测母线的全部下网功率，并对全部下网功率求和得到。待监测母线的下网功率包括低容、低抗等设备的无功功率，下网变压器的功率，SVC等设备的无功补偿功率。
在步骤102，根据所述电压相量V K，n+1 和电压相量V K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的电压变化量△V K，n ，以及根据所述下网合功率S K，n+1 和下网合功率S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的功率变化量△S K，n 。
优选地，根据所述电压相量V K，n+1 和电压相量V K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的电压变化量△V K，n ，以及根据所述下网合功率S K，n+1 和下网合功率S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的功率变化量△S K，n ，其计算公式分别为：
△V K，n =V K，n+1 －V K，n
△S K，n =S K，n+1 －S K，n
式中，下网合功率S K，n 通过测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的全部下网功率，并对在第t n 个采样时间点的全部下网功率求和得到；下网合功率S K，n+1 通过测量所述待监测母线K在第t n+1 个采样时间点的全部下网功率，并对在第t n+1 个采样时间点的全部下网功率求和得到。
在一个实施例中，待监测母线包括母线A，母线B和母线C，通过对待监测的母线A，母线B和母线C处施加人工功率扰动，分别测量母线A,母线B和母线C的电压相量和下网合功率变化。图2为根据本发明优选实施方式的对电力系统施加人工扰动后待监测母线的电压幅值变化示意图。如图2所示，当对其中的待监测母线A人工施加功率扰动后，其电压发生变化，根据扰动前后的电压相量，可以计算得到电压偏差模值为0.0036p.u.。
在步骤103，根据所述电压变化量△V K，n 和功率变化量△S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的短路电流I KSC，n 。
优选地，根据所述电压变化量△V K，n 和功率变化量△S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的短路电流I KSC，n ，其计算公式为：
I KSC，n =∣△S K，n ／（△V K，n +△V K，n ×△V* K，n）∣
式中，△V K，n 和△S K，n 为复数，△V* K，n为复数△V K，n 的共轭。
在对实施例中的电力系统施加人工扰动，注入功率变化后，通过采集的待监测母线A，母线B和母线C的电压相量确定电压偏差模值，计算得到短路电流的相关数据如下表1所示。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表1中的数据均用标幺值表示，所述功率，电压，电流的标幺值对应的基准值分别为：S B =100MVA,V B =500kV/220kV,I B =0.1155kA/0.2624kA。
如表1所示，在对待监测母线施加人工扰动后，通过采集待监测母线电压相量和下网合功率，计算得到的短路电流与实际短路电流相比，误差在5%以内，证明采用本发明所述方法计算母线短路电流不仅方法简单，而且准确度高。
图3为根据本发明另一个优选实施方式的电力系统结构示意图。如图3所示，对于该实施例中所述待监测母线D，当待监测母线D上所接负荷功率发生变化、形成自然功率扰动时，采用本发明计算得到的短路电流值为17p.u.。
图4为采用时域仿真模拟另一个优选方式的电力系统确定的短路电流曲线示意图。通过时域仿真模拟实际电力系统运行过程，使用其它技术计算得到的短路电流变化情况如图4所示。其中，本发明计算所得的短路电流对应于图4中t=0s时刻的短路电流，由图4可知，t=0s时刻的短路电流为16.7.对比本发明所述方法和采用其他技术计算得到的短路电流的结果表明，采用本发明所述方法计算得到的待监测母线的短路电流与实际短路电流的误差仍然在5%以内，保持了较高的计算准确度。
优选地，根据所述电压变化量△V K，n 和功率变化量△S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的短路电流I KSC，n 之后还包括根据计算的所述待监测母线K的N个步长的短路电流输出所述待监测母线K的短路电流曲线。
实施例二
图5为根据本发明优选实施方式的监测电力系统短路电流的系统的结构示意图。如图5所示，本优选实施方式所述的监测电力系统短路电流的系统500包括：
数据采集单元501，用于当待监测母线K产生功率扰动时，测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的电压相量V K，n 和下网合功率S K，n ,以及所述待监测母线K在第t n+1 个采样时间点的电压相量V K，n+1 和下网合功率S K，n+1 ，其中，1≤n≤N，n，N为自然数据，n=1时的采样时间点为所述待监测母线K产生功率扰动的时刻，N为采样时间点总数；
数据处理单元502，用于根据所述电压相量V K，n+1 和电压相量V K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的电压变化量△V K，n ，以及根据所述下网合功率S K，n+1 和下网合功率S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的功率变化量△S K，n ;
结果计算单元503，用于根据所述电压变化量△V K，n 和功率变化量△S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的短路电流I KSC，n 。
优选地，所述系统还包括功率扰动单元，用于对于所述待监测母线K基于现场接线情况施加功率扰动，或者对于不适合施加功率扰动的所述待监测母线K，将所述待监测母线K的下网负荷的自动波动作为所述待监测母线K的功率扰动。
优选地，数据处理单元根据所述电压相量V K，n+1 和电压相量V K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的电压变化量△V K，n ，以及根据所述下网合功率S K，n+1 和下网合功率S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的功率变化量△S K，n ，其计算公式分别为：
△V K，n =V K，n+1 －V K，n
△S K，n =S K，n+1 －S K，n
式中，下网合功率S K，n 通过测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的全部下网功率，并对在第t n 个采样时间点的全部下网功率求和得到；下网合功率S K，n+1 通过测量所述待监测母线K在第t n+1 个采样时间点的全部下网功率，并对在第t n+1 个采样时间点的全部下网功率求和得到。
优选地，结果计算单元根据所述电压变化量△V K，n 和功率变化量△S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的短路电流I KSC，n ，其计算公式为：
I KSC，n =∣△S K，n ／（△V K，n +△V K，n ×△V* K，n）∣
式中，△V K，n 和△S K，n 为复数，△V* K，n为复数△V K，n 的共轭。
优选地，所述系统还包括结果输出单元，用于根据计算的所述待监测母线K的N个步长的短路电流输出所述待监测母线K的短路电流曲线。
本发明所述监测电力系统短路电流的系统采集待监测母线的本地信息计算确定短路电流的步骤与本发明所述监测电力系统短路电流的方法采取的步骤相同，并且达到的技术效果也相同，此处不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种监测电力系统短路电流的方法，其特征在于，所述方法包括：
当待监测母线K产生功率扰动时，测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的电压相量V K，n 和下网合功率S K，n ,以及所述待监测母线K在第t n+1 个采样时间点的电压相量V K，n+1 和下网合功率S K，n+1 ，其中，1≤n≤N，n，N为自然数据，n=1时的采样时间点为所述待监测母线K产生功率扰动的时刻，N为采样时间点总数；
根据所述电压相量V K，n+1 和电压相量V K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的电压变化量△V K，n ，以及根据所述下网合功率S K，n+1 和下网合功率S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的功率变化量△S K，n ;
根据所述电压变化量△V K，n 和功率变化量△S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的短路电流I KSC，n ，其计算公式为：
I KSC，n =∣△S K，n ／（△V K，n +△V K，n ×△V* K，n ）∣
式中，△V K，n 和△S K，n 为复数，△V* K，n 为复数△V K，n 的共轭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当待监测母线K产生功率扰动时，测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的电压相量V K，n 和下网合功率S K，n 之前还包括对于所述待监测母线K基于现场接线情况施加功率扰动，或者对于不适合施加功率扰动的所述待监测母线K，将所述待监测母线K的下网负荷的自动波动作为所述待监测母线K的功率扰动。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电压相量V K，n+1 和电压相量V K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的电压变化量△V K，n ，以及根据所述下网合功率S K，n+1 和下网合功率S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的功率变化量△S K，n ，其计算公式分别为：
△V K，n =V K，n+1 －V K，n
△S K，n =S K，n+1 －S K，n
式中，下网合功率S K，n 通过测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的全部下网功率，并对在第t n 个采样时间点的全部下网功率求和得到；下网合功率S K，n+1 通过测量所述待监测母线K在第t n+1 个采样时间点的全部下网功率，并对在第t n+1 个采样时间点的全部下网功率求和得到。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电压变化量△V K，n 和功率变化量△S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的短路电流I KSC，n 之后还包括根据计算的所述待监测母线K的N个步长的短路电流输出所述待监测母线K的短路电流曲线。
5.一种监测电力系统短路电流的系统，其特征在于，所述系统包括：
数据采集单元，用于当待监测母线K产生功率扰动时，测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的电压相量V K，n 和下网合功率S K，n ,以及所述待监测母线K在第t n+1 个采样时间点的电压相量V K，n+1 和下网合功率S K，n+1 ，其中，1≤n≤N，n，N为自然数据，n=1时的采样时间点为所述待监测母线K产生功率扰动的时刻，N为采样时间点总数；
数据处理单元，用于根据所述电压相量V K，n+1 和电压相量V K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的电压变化量△V K，n ，以及根据所述下网合功率S K，n+1 和下网合功率S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的功率变化量△S K，n ;
结果计算单元，用于根据所述电压变化量△V K，n 和功率变化量△S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的短路电流I KSC，n ，其计算公式为：
I KSC，n =∣△S K，n ／（△V K，n +△V K，n ×△V* K，n ）∣
式中，△V K，n 和△S K，n 为复数，△V* K，n 为复数△V K，n 的共轭。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括功率扰动单元，用于对于所述待监测母线K基于现场接线情况施加功率扰动，或者对于不适合施加功率扰动的所述待监测母线K，将所述待监测母线K的下网负荷的自动波动作为所述待监测母线K的功率扰动。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，数据处理单元根据所述电压相量V K，n+1 和电压相量V K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的电压变化量△V K，n ，以及根据所述下网合功率S K，n+1 和下网合功率S K，n 计算所述待监测母线K第n个步长的功率变化量△S K，n ，其计算公式分别为：
△V K，n =V K，n+1 －V K，n
△S K，n =S K，n+1 －S K，n
式中，下网合功率S K，n 通过测量所述待监测母线K在第t n 个采样时间点的全部下网功率，并对在第t n 个采样时间点的全部下网功率求和得到；下网合功率S K，n+1 通过测量所述待监测母线K在第t n+1 个采样时间点的全部下网功率，并对在第t n+1 个采样时间点的全部下网功率求和得到。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括结果输出单元，用于根据计算的所述待监测母线K的N个步长的短路电流输出所述待监测母线K的短路电流曲线。
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